畢業(yè)設(shè)計（論文）-仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第0頁共29頁開題報告一、背景、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向?？删幊炭刂破饕云浜唵我锥⒉僮鞣奖?、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，在汽車、鋼鐵、航空航天、船舶、化工、紡織、食品、造紙、軍工等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，它的功能豐富，滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)。PLC應(yīng)用于銑床，使銑床自動化程度得到提高。PLC易學(xué)易懂、控制簡單，可使數(shù)控銑床使用得到普及，提高生產(chǎn)效率。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能，這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。這樣使得機(jī)床的靈活性增強(qiáng)，適應(yīng)現(xiàn)在市場多變，產(chǎn)品跟新速度快的現(xiàn)象。二、設(shè)計目的通過本次畢業(yè)設(shè)計使自己對PLC在數(shù)控銑床中的應(yīng)用有更加充分的認(rèn)識，進(jìn)一步掌握系統(tǒng)工作流程圖的制作，PLC的選型、程序的編制。三、設(shè)計工作1、概述2、整體設(shè)計3、硬件設(shè)計4、PLC控制軟件設(shè)計四、時間安排第一周：查閱并收集資料，確定設(shè)計題目。第二周：確定整體設(shè)計方案并編寫設(shè)計開題報告。第三七周：具體硬件、軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)控制要求。仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第1頁共29頁目錄摘要21概述31.1銑床的介紹31.2自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀32整體設(shè)計43硬件設(shè)計43.1PLC的特點(diǎn)及主要功能43.2PLC型號的選擇53.3液壓仿形銑床行程分析83.4PLC的I/O地址分配圖133.5PLC外部接線圖154PLC控制軟件設(shè)計164.1系統(tǒng)工作流程圖164.2梯形圖17結(jié)論19謝辭19參考文獻(xiàn)20外文資料21中文翻譯27仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第2頁共29頁仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：介紹銑床的定義及自動化銑床的發(fā)展和現(xiàn)狀，詳細(xì)的介紹了液壓仿形銑床的工作原理并且以一維仿形為例詳細(xì)的介紹了仿形銑床的工作過程及過程分析；PLC的特點(diǎn)（體積小，重量輕，能耗低可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造）主要功能（步進(jìn)順序控制，數(shù)據(jù)處理，限時控制，條件控制，計數(shù)控制，模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換）以及PLC型號選擇所要注意的事項（容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力）；根據(jù)仿形銑床的工作流程制作流程圖，編寫程序制作梯形圖，繪制I/O地址分配圖。關(guān)鍵詞：仿形液壓銑床；PLC；流程圖；梯形圖Abstract：Describesthedefinitionandautomationofmillingmachinemillingmachinedevelopmentandcurrentsituation,describedindetailtheworkingprincipleofhydrauliccopymillingmachine,andcopyingaone-dimensionalcasedescribedindetailtheprocessofcopyingtheworkofmillingandprocessanalysis；PLCcharacteristics(volumeSmall,lightweight,lowenergyconsumption,highreliability,stronganti-interference；fullyfurnished,perfectfunction,applicabilityandeasytouse,welcomedbytheengineeringandtechnicalpersonnel；systemdesign,constructionworkissmall,easymaintenance,easytransformation)themainfunction(stepsequencecontrol,dataprocessing,limitedcontrol,conditionalcontrol,countcontrols,analog/digitalanddigital/analogconversion)andthePLCmodeltoselectthedesirednote(capacity,I/Omodule,powermodulespecialfunctionmodules,communicationnetworkingcapabilities)；copymillingmachineaccordingtotheworkflowflowcharts,programmingproductionladder,drawingI/Oaddressassignmentmap.Keywords：hydrauliccopyingmillingmachine；PLC；flow；Ladder仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第3頁共29頁1概述1.1銑床的介紹銑床是以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)的對象以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的技術(shù)裝置。電氣系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子加工與設(shè)備電氣改造中。銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)配件的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備。自動銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設(shè)計方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。在我國7080年代大多數(shù)銑床中,大多數(shù)的開關(guān)量控制系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當(dāng)一部分輔機(jī)系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進(jìn)行改造已是大勢所趨。1.2自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術(shù)和自動銑床床一直給予不是很大的關(guān)注。經(jīng)過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的形成，所生產(chǎn)的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國家于80年代先后完成了自動機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)程，其中一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等。相比之下，我國大部分?jǐn)?shù)近代機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)處于跟蹤階段。表1以中擋銑床為例列出國內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展改進(jìn)，特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從策重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微型計算機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。X62W銑床綜合了計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和國防現(xiàn)代化建設(shè)要求機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷地提供各種先進(jìn)的設(shè)備。如電力機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)車、工程機(jī)械等設(shè)備。利用刀具對金屬毛坯進(jìn)行切削，從而加工出機(jī)械零件的工作機(jī)械稱為金屬切削機(jī)床，簡稱機(jī)床。機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備，在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量約占機(jī)械制造總工作量的40%60%。機(jī)床的性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。因此，它是國民經(jīng)濟(jì)中具有戰(zhàn)略意義的基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)床的擁有量及其先進(jìn)程度將直接影響到國民經(jīng)濟(jì)各部門生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第4頁共29頁進(jìn)步的能力。仿形銑床是由普通機(jī)床發(fā)展而來。它集于機(jī)械、液壓、氣動、伺服驅(qū)動、精密測量、電氣自動控制、現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)控制等技術(shù)于一體，是一種高效率、高精度能保證加工質(zhì)量、解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。仿形銑床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)帶來了深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個國家和企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。2整體設(shè)計PLC控制液壓泵電機(jī)、驅(qū)動主軸電機(jī)、驅(qū)動進(jìn)給電機(jī)、驅(qū)動冷卻泵電機(jī)。PLC控制液壓泵電機(jī)啟動帶動仿形指接觸要被仿形的工件，驅(qū)動主軸電機(jī)、驅(qū)動進(jìn)給電機(jī)、驅(qū)動冷卻泵電機(jī)根據(jù)仿形形式進(jìn)行運(yùn)動。3硬件設(shè)計3.1PLC的特點(diǎn)及主要功能3.1.1PLC的一般特點(diǎn)3.1.1.1編制程序簡單。PLC一般采用易于理解和掌握的梯形語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀。對于小型PLC而言，幾乎不需要任何專門的計算機(jī)知識，特別適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員使用。3.1.1.2控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)。雖然PLC種類繁多，但由于其產(chǎn)品的系列化和模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。用戶在硬件設(shè)計方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只要改變存貯器中的控制程序即可。PLC的輸入、輸出可直接與交流220V、直流24V等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶載能力。3.1.1.3抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的。能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施，使PLC的平均無故障時間通常在2000小時以上，這是一般的其他電氣設(shè)備做不到的。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，因此PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列的抗干擾措施。在硬件方面，PLC采取的抗干擾措施主要是隔離和濾波技術(shù)。PLC的輸入和輸出電路一般都用光電耦合器傳遞信號，使CPU與外部電路完全切斷電的聯(lián)系，有效地抑制外部干擾源對CPU的影響。在PLC的電源電路和I/O接口中，還設(shè)置了多種濾波電路，以抑制高頻干擾信號。在軟件方面，PLC設(shè)置了故障檢測及自診斷程序、用來檢測系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正確，便于自動地做出相應(yīng)的處理，如報警、封鎖輸出、保護(hù)數(shù)據(jù)等。3.1.1.4易于操作及維護(hù)。PLC的控制程序可通過其專用的編程器輸入到PLC的用戶程序存貯器中。編程器不僅能對PLC控制程序進(jìn)行寫入、讀出、檢測、修改等操作，還能對PLC的工作進(jìn)行監(jiān)控。使得PLC的操作及維護(hù)都很方便。PLC還具有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因。由于PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示能力，當(dāng)PLC或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，如果是PLC本身的原因，在維修時只需要更換插入式模塊及其它易損件即可，既仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第5頁共29頁方便又減少影響生產(chǎn)的時間。3.1.1.5設(shè)計、技工、調(diào)試周期短。用PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線，實(shí)現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。同時，由于用戶程序大都可以在實(shí)驗室模擬調(diào)試，調(diào)好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，使得調(diào)試方便、快捷、安全，因此大大縮短了設(shè)計和投運(yùn)周期。3.1.2PLC的主要功能PLC是采用微電子技術(shù)來完成順序控制功能的自動化設(shè)備，可以在現(xiàn)場的輸入信號作用下，按照預(yù)先輸入的程序?？刂片F(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照一定規(guī)律進(jìn)行動作。其主要功能如下：3.1.2.1開關(guān)量控制。這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用于單機(jī)控制或多機(jī)控制，又可用于自動化生產(chǎn)線的控制。PLC可根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號或檢測信號，控制機(jī)械運(yùn)動部件進(jìn)行相應(yīng)的動作。3.1.2.2限時控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時器，并設(shè)置了計時指令，一般可實(shí)現(xiàn)0.1-999.9s及0.001-99.99s的定時控制，也可按一定方式進(jìn)行定時時間的擴(kuò)展。PLC的限時控制精度高、定時時間設(shè)定方便、靈活，同時，PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于精確的定時控制。3.1.1.3計數(shù)控制PLC為用戶提供的計數(shù)器分為普通計數(shù)器、可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等、以完成不同用途的技術(shù)控制。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)?（或設(shè)定值）或在某一數(shù)值范圍時，發(fā)出控制指令。計數(shù)器的計數(shù)值可以在運(yùn)行中被讀出，也可以在運(yùn)行中進(jìn)行修改。3.1.1.4步進(jìn)控制PLC能通過移位寄存器方便地完成步進(jìn)控制功能。有些PLC專門設(shè)有步進(jìn)控制指令，使得編程更為方便。此功能在進(jìn)行順序控制時非常有效。3.1.1.5數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如F2系列、C系列、S5系列等均能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，如加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運(yùn)算如與、或、異或、求反等，以及數(shù)據(jù)的移位、比較、傳遞等操作。3.1.1.6模擬量處理。目前很多PLC甚至小型機(jī)都具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。這里，模擬量一般為4-20mA的電流，或1-5V的電壓；數(shù)字量為8位或12位二進(jìn)制數(shù)。用PLC進(jìn)行模擬量控制的優(yōu)點(diǎn)是：在進(jìn)行模擬量控制的同時，開關(guān)量也可以控制。這個優(yōu)點(diǎn)是別的控制器所不具備的，或?qū)崿F(xiàn)起來不如PLC方便。3.2PLC型號的選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，使用的場合也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。隱刺，合格選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要的意義。PLC的選擇主要應(yīng)用于PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。3.2.1根據(jù)PLC機(jī)型選擇PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮一下幾點(diǎn)：3.2.1.1合理的結(jié)構(gòu)型式。PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。仿形液壓銑床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合肥工業(yè)大學(xué)2011屆畢業(yè)論文第6頁共29頁整體式PLC的每一個I/O點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程比較固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般與不交復(fù)雜的控制系統(tǒng)。3.2.1.2安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式，遠(yuǎn)程式I/O式以及多天PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，單需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多天PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要互相聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。3.2.1.3相應(yīng)的功能要求一般小型（抵檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可以滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制。通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)